黄泽安[1]2003年在《复合地基后注浆土体的断裂力学机制及模型研究》文中进行了进一步梳理复合地基的桩底后注浆是一门新的地基处理技术，目前，在我国的应用和研究都较少。本文从分析地质体变化特征的角度出发，先应用地质断裂力学理论定性分析复合地基后注浆加固后的土体变形特性和工作机理，然后，运用Vesic土体球形孔腔扩张理论对桩底后注浆的土体应力——应变关系作了较深入的研究和探讨，最后，通过收集的南京市某综合楼复合地基桩底后注浆加固工程实测数据与本文研究结果的对比验证，提出了自己新的认识。 首先，运用地质断裂力学的研究手段和研究成果来类比土体的变形特征，定性分析浆液的扩散特征及其影响条件，并从Q～s曲线、桩身轴力分布特征、水泥浆液掺入百分比对土体强度的贡献等方面对复合地基后注浆土体工作机理作了较详细的分析。 其次，运用Vesic土体球形空腔扩张理论对在注浆压力下的桩底土体变形和浆液扩散半径的关系进行分析，推导出注浆压力和浆液扩散半径的关系式，并求出给定注浆压力下，浆液的扩散半径。 第叁，将以上分析结果用于指导注浆设计和注浆加固后的复合地基承载力计算分析中，同时，初步地定量研究了桩底后注浆的加固效果，并介绍用Visual Basic 6.0语言编制的地基承载力计算方法。 最后，把上述的分析结果和计算结果与工程实际数据对比，得出重要的结论与建议。
陈志超[2]2018年在《袖阀管劈裂注浆加固黄土地基试验及工程应用研究》文中认为黄土在我国分布极为广泛,黄土地基易受外界因素的干扰而导致上部建筑及设施出现不同程度的病害,因此需要对薄弱黄土地基进行加固。注浆法作为一种快速、高效的地基处理方式被广泛的应用,为更好的实现对黄土地基的劈裂注浆加固,引入袖阀管注浆施工工艺,并通过对袖阀管注浆过程中套壳料配比的研究及优化选择,使袖阀管劈裂注浆在黄土中有更强的适应性,在此基础上对袖阀管劈裂注浆加固黄土地基进行一系列的研究,确定控制参数,分析力学行为,通过实际工程应用验证袖阀管劈裂注浆加固黄土地基的有效性以及对黄土地基的影响。本文主要研究内容如下:(1)所谓套壳料的好坏是袖阀管注浆成功的关键,为保证对黄土地基进行袖阀管注浆加固的实现,对袖阀管注浆所用套壳料的各项性能进行分析。首先,在工程配合比的基础上对套壳料所用基础材料进行简单的试验研究,确定套壳料基础材料类型,并对其性能进行研究,分析不足,合理选择掺入外加剂,调整配合比,改善性能。采用正交试验的方式研究不同配合比下套壳料的粘度、2h析水率、强度、干缩率等性能,分析各成份对套壳料各项性能的影响,最终选择出袖阀管注浆加固黄土地基时的最适宜套壳料配合比,在此配比下套壳料在袖阀管注浆加固黄土地基中能更好的发挥作用,保证袖阀管劈裂注浆加固黄土地基的实现。(2)对袖阀管劈裂注浆加固黄土地基进行模拟试验研究,通过制作试验模拟箱,在其中填入黄土,模拟真实的袖阀管注浆加固黄土地基情况;通过控制黄土的含水率以及夯实次数模拟多种工况。根据袖阀管能够多次注浆的特性,将试验分为两大块,单次袖阀管劈裂注浆和多次袖阀管劈裂注浆,分别从注浆压力、吸浆量、结石体以及浆脉状态、土体性质变化等多个角度分析袖阀管注浆加固黄土地基的加固机理及对黄土的作用,分析不同次数注浆特性,总结规律,确定不同类型土体中的注浆参数,便于实际应用中袖阀管注浆加固黄土地基的控制。同时,试验中表现出的多方面特性及规律为后续的理论研究提供基础。(3)在模拟试验的基础上,根据试验现象,对袖阀管注浆加固黄土地基的力学行为以及对黄土地基的加固的作用方式进行理论研究。以单次注浆的力学行为研究为主,根据注浆过程中作用对象的变化,将袖阀管注浆过程分为两步,浆液作用下套壳料的开裂以及浆液对黄土的劈裂。在此基础上根据试验现象对每一步中的力学行为进行详细的理论研究,并选用恰当的力学模型推导出套壳料的开裂压力计算公式和对黄土的劈裂行为各项参数的计算公式,引入水力劈裂的概念对袖阀管注浆加固黄土地基的劈裂行为进行深入分析研究。根据试验现象,多次注浆与多次注浆在行为上具有很大重复性,因此在对单次注浆力学行为研究的基础上对多次注浆的力学行为进行简要的研究,并根据多次注浆后的结石体状态,分析袖阀管注浆对黄土地基加固后的复合土体性能,建立恰当的简化模型分析注浆复合土体的承载,推导出注浆加固后复合土体的变形量计算公式,并分析多孔注浆后土体的承载。(4)在试验及理论研究的基础上在实际工程中利用袖阀管注浆加固黄土地基,分析场地具体地质情况,采用合理的注浆参数,设计注浆方案,采用开挖探孔及沉降观测的方式验证袖阀管注浆加固黄土地基的可行性和有效性,事实证明袖阀管注浆对黄土地基的加固是很有效的,对基础沉降得到有效的遏制。并通过对注浆后基础沉降速率的计算,得出袖阀管注浆对黄土地基的影响情况。
孙锋[3]2010年在《海底隧道风化槽复合注浆堵水关键技术研究》文中指出厦门翔安海底隧道穿越海底F1、F2、F3、F4四个风化深槽(囊),风化深槽(囊)为全、强风化花岗岩地层,该地层透水性强、出水量大、水压高、海水补给无限,突水、涌泥的风险很大。安全穿越不良地质体及地层结构界面是海底隧道修建的关键问题,对其准确地探测、预报并采取可靠的注浆加固方案及施工方法是海底隧道安全顺利施工的重要保证。海底隧道复杂的地质条件和特殊的水边界,使单一的注浆方式或注浆材料往往不能达到目的,因而就提出了复合注浆。本论文在对国内外相关文献资料进行广泛调研的基础上,针对厦门海底隧道风化槽的工程特点,利用颗粒流软件对风化槽突水过程进行仿真模拟,分析风化槽突水机理,提出防止隧道突水的控制措施和注浆加固的必要性,通过风化槽注浆圈的渗流计算和流固耦合模拟分析确定其合理参数。同时,对复合注浆技术进行系统研究,包括全、强风化花岗岩地层复合注浆的工艺研究、设备及效果评价、注浆材料选择的试验研究等。在以上研究成果的基础上,提出复合注浆工法的设计方法、加固模式和突水防治措施,通过工程实例形成海底隧道穿越风花槽复合注浆关键技术体系。主要研究成果如下：(1)海底隧道隔水岩层突水通道形成过程的颗粒流数值仿真分析表明,对于不同地质模式,隧道突水的关键位置可能不同,但其形成机制都是在隧道开挖卸载和风化槽水压驱动下,岩层裂纹萌生、扩展、水压跟踪传递,从隔水层变成导水层的复杂演化过程。应用颗粒流仿真手段,可以实现对海底隧道穿越风化槽突水通道的初步预测与定位。注浆圈参数的确定是“堵水限排”设计的关键问题,注浆圈的渗流理论计算和流固耦合模拟分析是确定其合理参数的有效途径。以上研究是海底隧道穿越风化槽注浆堵水设计的前提和基础。(2)基于散体介质理论的颗粒流分析方法,运用其内置的Fish语言定义流体域,建立了流动方程和压力方程。同时,针对具有凝聚力的致密土体,引入颗粒接触粘结模型,建立能反映颗粒体与流体域耦合作用的土体注浆颗粒流模型。在此基础上,通过数值仿真试验,对土体压密—劈裂式复合注浆过程进行细观模拟研究,分别对比了不同注浆压力和不同土体性质下浆体压力扩散及劈裂缝的发生、发展规律。(3)土体复合注浆影响范围是浆液锋面沿着劈裂缝扩散的最远距离。宾汉体浆液劈裂注浆最大扩散半径由注浆压力差,裂隙宽度,流速和浆液的流变参数等因素共同决定。流体时变性对注浆扩散半径计算值影响很大,注浆理论忽略时变性会给工程设计带来不利影响。全、强风化花岗岩地层注浆加固机理以劈裂、挤压土体为主,对于该地层2.5 m的孔距完全能够满足注浆帷幕要求。(4)水泥结石体在海水腐蚀过程中,其内部结构经历了一个先由于腐蚀产物的填充作用而逐渐密实再过渡到由于腐蚀产物继续产生和膨胀,使密实度逐渐降低,最后发展为强度逐渐降低的过程。建议海底隧道风化槽地层,注浆材料以HSC特种注浆材料为首选,其次是普通水泥。马丽散作为一种新型注浆材料,在风化槽富水地层堵水加固效果良好。(5)提出复合注浆技术工法设计方法、加固模式和突水防治措施。复合注浆机制就在于它采用多种注浆方式或注浆材料分步骤地改善工程载荷作用的边界条件、应力传递的连续性和完整性。海底隧道复合注浆设计原则主要是材料复合、方式复合、注浆顺序、参数、设备的选择及效果评价等。采用复合注浆方法对F1风化槽进行了堵水和加固,取得了满意的效果,系统介绍了右线隧道F1风化深槽的地质情况、注浆机理、复合注浆方案、参数、施工工艺及注浆效果的检验、评价情况等,形成了海底隧道穿越风化槽复合注浆关键技术体系。
王凯[4]2017年在《全风化花岗岩富水地层注浆加固机理及应用》文中研究说明随着我国交通基础建设事业的蓬勃发展,隧道建设过程中的不良地质灾害的控制已成为重要研究课题,特别是随着建设中心向西南部山区的转移,这些地区地处花岗岩强烈风化区,围岩条件差,给隧道的安全施工增加了难度。花岗岩在我国分布广泛,主要集中在云贵高原以东,包括秦岭-大别山在内的东南部广大地区,尤其是在福建、广东、桂东南与湘南、赣南等地区,受气候炎热多雨的影响,这些地区花岗岩呈现“风化作用强烈、含砂量高,胶结性差,遇水极易软化崩解”等鲜明特征,在隧道开挖过程中极易造成突水、突泥等地质灾害。注浆作为控制全风化花岗岩地层突水突泥的有效手段,受被注介质特殊的物理力学特性及水理特性的影响,呈现出不同的扩散模式及加固机制,目前对其的理论研究远远滞后于工程实践,亟需系统深入的研究。本文针对工程中危险性较高的全风化花岗岩地层,采用室内试验对其物理力学特性及水理特性进行了系统研究,重新界定了全风化花岗岩地层的特征属性;探讨了全风化花岗岩地层的浆液扩散加固模式,定量描述了注浆条件(浆液类型、浆液配比、注浆压力)对于注浆效果的影响机制,揭示了全风化花岗岩地层注浆加固机理;基于大型叁维注浆模型试验系统,研究了前进式分段注浆不同序次注浆影响下的多物理场演化规律,揭示了浆脉扩展形态、注浆加固效果的空间分布规律;最后形成了针对全风化花岗岩的基于综合地质分析的泄水诱导注浆治理方法,并依托广西均昌隧道突水突泥注浆治理工程开展了大量的现场试验,验证了该方法的实用性和高效性。(1)通过分析大量全风化花岗岩地质资料,并基于对全风化花岗岩的物理力学特性及水理特性的系统研究,得到广西全风化花岗岩介质的特征属性,并研究了各物理参数对其力学特性及水理特性的影响规律。(2)全风化花岗岩的黏土矿物含量影响介质的渗透性及水稳定性,进而对浆液在其中的扩散加固模式具有直接的影响。随着全风化花岗岩中黏土矿物含量的不断增大,将全风化花岗岩地层注浆扩散加固模式划分为渗透扩散注浆模式、强渗透-低劈裂扩散注浆模式、强劈裂-低渗透扩散注浆模式、劈裂扩散注浆模式。(3)基于全风化花岗岩注浆模拟试验,研究不同注浆压力下,单液注浆对被注介质强度特性、抗渗性、水稳定性的加固改善效果。并通过全风化花岗岩单、双液注浆对比试验,研究浆液性质、注浆压力对其扩散模式及注浆加固体强度特征的影响机制。(4)考虑了浆液压力的空间衰减特性对浆脉空间分布形态的影响,并基于半平面体边界上集中力所引起地层位移的符拉芒解答,建立了浆脉厚度的控制方程,揭示了注浆扩散过程中劈裂通道宽度的时空分布规律。(5)探究了全风化花岗岩前进式分段注浆加固机制:开展了大型全风化花岗岩前进式分段注浆模型试验,实时监控不同序次注浆影响下多元物理场演化规律;分析注浆压力与注浆速率、排水量的响应特征;揭示不同序次注浆过程中浆脉厚度变化及扩展规律;定量研究了前进式分段注浆加固前后各物理力学参数的加固改善效果。(6)全风化花岗岩富水地层地下水径流主通道的发育状态对浆液扩散形态具有重要影响,通过改变注浆模拟试验排水条件,研究浆脉扩展形态特征及加固效果,研究发现排水通道的数量及位置是影响浆脉扩展的重要因素,不同的浆脉扩展形态对应的注浆加固体表现出不同的注浆加固效果。(7)提出了基于综合地质信息分析的泄水诱导注浆技术,针对全风化花岗岩遇水易软化崩解的地质特点,以综合地质探查获取的水文地质信息为先导,以帷幕注浆为主要注浆治理手段,通过泄水孔的泄压、排水,引导浆液的扩散及加固,提高浆脉的扩展性及分支性,强化围岩的整体加固效果,最终形成了全风化花岗岩地层突水突泥灾害的系统性注浆治理方法,并应用研究成果对广西岑水高速公路均昌隧道突水突泥灾害段进行了注浆治理,实现了隧道安全开挖。
邹健[5]2010年在《桩端后注浆浆液扩散机理及残余应力研究》文中研究说明通过室内模型试验、现场试验、电子显微镜扫描及理论分析相结合的方法,针对桩端后注浆过程中,浆液的扩散机理和桩侧桩端的残余应力开展了一系列有益的研究,主要的工作和成果如下：(1)利用自行设计开发的注浆模拟装置对粘土中浆液的扩散方式进行研究。结果表明：在粘土中注浆,随着浆液水灰比的增大,浆泡的直径减小,浆脉的数量及长度增加,浆脉的宽度减小,浆液的扩散方式逐渐由以压密为主向以劈裂为主过渡。粘土中劈裂注浆可分为叁个阶段：鼓泡压密阶段、第一劈裂面阶段、后续劈裂面阶段。(2)在粘土中水泥浆压滤效应理论模型的基础上,推导出压滤效应的理论公式,并通过室内模拟试验对其进行验证。室内模拟试验表明：水泥浆无法通过渗透作用穿过粘土；滤出水的流量与压滤压力正相关,与粘土厚度负相关；最终水灰比不受初始水灰比、水泥浆高度、粘土厚度及压滤压力的影响,在试验中基本为一常量；最终压滤量与水泥浆高度及初始水灰比呈线性正相关；压滤结束时间与水泥浆高度、粘土厚度及初始水灰比呈线性正相关,与压滤压力呈反比。原子吸收试验表明,在压滤作用下,Ca2+离子随着滤出水扩散到粘土中,与吸附在土颗粒上的Na+和K+离子交换,从而降低了土颗粒表面双电层的厚度,进而使土体颗粒更加紧密。(3)利用扫描式电子显微镜,对注浆前后粘土、压滤效应前后粘土及注浆前后泥皮土进行对比分析,结果表明：原状粘土的断面形态为松散的絮状结构；经过清水压密固结,粘土颗粒间的孔隙明显减小,呈密实絮状结构；压滤作用使粘土颗粒团聚成粘土团,使土体强度提高；而压力注浆,使粘土团进一步粘聚成一个整体,土体强度大幅提高。原状泥皮土为絮状结构,经过压力注浆,桩侧泥皮转变为紧密团粒结构,泥皮土强度得到提高。(4)在水泥浆流变特性的研究基础上,推导出不同流型浆液渗透注浆扩散半径的表达式。并通过利用水泥浆流变特性对其进行简化,给出了不同水灰比水泥浆渗透注浆球面及柱状扩散半径的显式计算公式。(5)引入有效应力比的概念,建立了考虑压滤效应的粘土中压密注浆球(柱)孔扩张的控制方程,给出了径向应力和径向位移的表达式,并与传统孔扩张理论进行对比。结果表明,浆液越稀,传统的孔扩张理论的误差越大。(6)以幂律流体的平板窄缝流动为假定,得到了桩端后注浆劈裂注浆过程中,浆液在桩底的扩散半径和沿桩侧的上返高度的计算公式。结果表明,劈裂注浆时,浆液在桩底的扩散半径与浆液在桩侧的上返高度随着水灰比、裂隙高度(桩侧泥皮厚度)、注浆压力的增大而增大。(7)通过工程实例,对桩侧冒浆的处理措施及处理效果进行研究。桩侧冒浆的主要原因为桩侧泥皮厚、成桩龄期短、持力层可注性差、桩底沉渣厚等。桩侧冒浆可以通过提高持力层可注性,降低浆液水灰比,减小桩侧泥皮和桩底沉渣厚度并提高泥皮强度,间歇注浆四方面加以预防及处理。发生冒浆并通过复注达到设计注浆量的桩,其极限承载力略高于普通注浆桩。(8)分析了桩端后注浆残余应力的产生和消散,及其对后注浆桩极限承载力、侧摩阻力和端阻力的影响。注浆结束后,注浆压力的消散,使持力层进入超固结状态,使相同桩端位移下可发挥的端阻力提高。桩端后注浆桩的残余应力,通过对桩端土的预加载作用,提高端阻的发挥比例。若不考虑桩端后注浆对桩残余应力的影响,会造成对桩侧摩阻力的高估和桩端阻力的低估。
苏培莉[6]2010年在《裂隙煤岩体注浆加固渗流机理及其应用研究》文中研究表明注浆技术是一项实用性强、应用范围广的工程技术,尤其在岩土加固工程中应用更广,已成为改善岩土体结构及性能,提高岩土体自承载能力的有效途径之一。由于注浆工程的隐蔽性和现场煤岩体裂隙分布的复杂性,使得注浆技术的发展还很不成熟,注浆设计和施工存在一定的盲目性,现场缺乏一种手段来预测浆液的扩散范围。注浆材料的研究是注浆技术中不可缺少的部分,其物理性能和结石体的力学性能是影响浆液渗透效果和加固效果的重要因素。本文分析和总结了目前注浆理论、注浆材料、注浆方法研究现状和存在问题的基础上,对以下几个方面展开了较深入的研究,主要有:⑴考虑裂隙煤岩体在注浆压力作用下浆液的扩散过程,应用弹性理论和断裂力学理论研究了裂隙煤岩体钻孔孔壁破裂、裂纹萌生和扩展过程,为裂隙煤岩体浆液流动模拟注浆起始点的确定提供了理论依据;⑵在结构面产状、粗糙度、开度、迹长、结构面表面形态进行系统研究的基础上,抓住影响浆液扩散最主要的因素,建立了考虑流核和流量时宾汉浆液在单一裂隙内部的流动扩散模型;⑶通过裂隙尖端注浆扩展过程的实际分析,考虑在地应力和注浆压力作用下裂隙尖端附近的应力场分布规律,推导出了压剪和拉剪状态下裂隙尖端的应力强度因子,并给出了裂隙扩展准则、扩展方向以及扩展长度的确定方法,为压力浆液在非贯通裂隙网络内部的流动扩散规律研究奠定了基础。⑷以注浆孔壁围岩劈裂分析、浆液在单一裂隙内部的渗流规律以及注浆对裂隙尖端的劈裂影响分析为基础,应用FORTRAN语言编制了浆液流动模拟程序GROUT.FOR,模拟浆液在非贯通裂隙网络内的流动扩散范围,为今后煤岩体注浆工程数字化设计提供了科学依据。⑸对于裂隙煤岩体注浆工程来说,注浆材料的性能,包括浆材颗粒度的大小、浆液的流动性以及稳定性等强烈影响着浆液在煤岩体中的渗流规律和渗透效果,浆液材料性能不同,其渗流作用机理也不尽相同,渗透效果差异也较大。针对现有各种浆液存在的缺陷,特别是柠条塔煤矿H2S气体的赋存严重影响大巷的安全生产且现场煤体本身活性直接影响浆液在非贯通裂隙网络流动的稳定性,通过室内实验配制了一种复合浆液,以提高浆液的稳定性,减小柠条塔煤矿H2S气体浓度,降低注浆成本,保证良好的渗透效果。⑹将研究成果应用于陕煤集团陕北柠条塔煤矿注浆加固工程中,实现了浆液流动扩散的仿真模拟,优化复合浆液保证了良好的注浆效果,有效降低了现场H2S气体的浓度,巷道稳定性评价结果显示注浆后围岩加固效果良好,取得了显着的经济效益和社会效益。
卜令方[7]2014年在《增强有限元法及其在岩土工程非连续变形分析中的应用》文中研究指明剪切带是岩土工程灾变的常见形式,精确再现剪切带产生和扩展过程对揭示岩土工程灾变机理、制定灾害防控措施具有十分重要的意义。剪切带问题实质上是一类粘聚裂纹动态扩展问题,其模拟涉及非连续变形分析,是目前的热点研究课题之一。论文针对非连续变形及其扩展模拟中存在的若干关键问题开展研究,提出了一种基于网格分离的位移插值技术及增强有限元法,及基于增强有限元法、适合任意剪切带扩展模拟的非连续变形描述及网格自适应方法,并应用于断层错动导致上覆土层破裂问题的分析。主要研究成果如下：(1)将常规有限元网格分离为几何上相互独立的用于构造位移插值的数学网格和离散分析域的物理网格,提出了以网格分离和位移映射法则为核心的有限元位移插值技术,形成了基于常规有限元法的增强有限元法理论框架。数学网格和物理网格的几何分离与位移映射法则的引入使得网格剖分、良好性态的位移插值函数的构造更易实现,极大地增强了有限元法的灵活性和适用性。常规有限元法是增强有限元法的特殊形式,增强有限元法是常规有限元法的增强形式。(2)引入过渡单元,提出了由关联数学单元与过渡单元位移的重构规则Rr和关联过渡单元与物理单元位移的覆盖规则Rc构成的统一映射法则。导出了增强有限元法的基本列式、光滑应力计算方法和单元元素矩阵的积分技术,给出了基于常规有限元软件的增强有限元实现方法。(3)基于统一映射法则,借鉴无网格法、半解析有限元法等的近似位移场构造思想,提出了与之相应的重构规则,从而使得增强有限元法兼具无网格法、半解析有限元法和光滑有限元法的优点。此外,论文还基于增强有限元法提出了一种适用于移动边界问题的固定网格求解方法。(4)保持位移映射法则不变,通过富集数学节点和过渡节点分别为裂纹穿越后形成的两个物理单元构造相应的过渡单元和数学单元,提出了适于描述穿越单元内部的非连续变形和模拟任意多裂纹扩展的方法,突破了常规有限元法必须将裂纹设置为单元边界的局限性,克服了扩展有限元法和Hansbo＆Hansbo法在处理几何关系复杂的多裂纹扩展问题时近似位移场构造上的困难。(5)提出了在单元级别上处理任意阶非规则节点的统一方法,建立了以裂尖单元尺度和裂尖影响范围为控制参数、基于单元细划的裂纹动态扩展模拟网格自适应策略。分析结果表明,网格自适应技术提高了粘聚裂纹尖端附近应力场的计算精度和裂纹扩展过程的分析精度；裂尖附近的网格密度对荷载-位移曲线影响较大,但是对裂纹扩展路径的影响不大。(6)提出了利用摩擦型粘聚区域模型表征剪切带粘聚力-剪切位移间的软化特性和剪切带能量耗散机制、利用增强有限元法描述非连续变形的土体剪切带扩展过程模拟方法。通过数值直剪试验确定粘聚区域模型本构参数,数值再现了断层错动导致上覆土层破裂的离心机试验结果,对比研究了流动法则和剪切带软化特性对上覆土层破裂的影响规律,分析结果表明基于关联流动法则确定的剪切带倾角更接近试验结果。
王遇国[8]2010年在《岩溶隧道突水灾害与防治研究》文中提出我国岩溶地区幅员辽阔,地下水环境复杂,随着铁路隧道建设向长、大、深方向发展,在这些地区修建铁路隧道,岩溶构造突水是人为激发的最严重的施工地质灾害。岩溶地区修建长大隧道,往往遭遇到富水、高水压、暗河、溶洞及断层等问题,开挖施工极易诱发大规模的突水、突泥等灾害;同时,突水、突泥会严重破坏地下水环境,改变地下水渗流场及补排关系,造成地下水资源减少和枯竭,导致水质污染和破坏。本文结合岩溶地区隧道工程建设实例,分析总结了岩溶隧道突水灾害发生规律与特征;运用断裂力学和突变理论分析了岩溶隧道突水发生机理和过程,在岩溶构造与隧道间最不利平面关系分析基础上,提出了防突岩层概念,并从断裂破坏和失稳破坏的角度阐述了岩溶构造防突岩层安全厚度问题,推导出有关结论;针对岩溶隧道突水注浆防治关键技术,进行了注浆材料室内模拟实验;基于浆液粘度时变特性,研究分析了浆液在砂层及裂隙中的扩散机理,可根据浆液扩散机理进行控制注浆;同时,对岩溶隧道突水灾害的“避、绕、堵、排和固”的防治措施进行了案例分析。本文的研究结果主要包括以下几个方面:(1)以岩溶隧道为研究对象,结合施工现场发生的突水突泥情况,分析总结了突水突泥的基本规律、灾害特征、防治方法及处理措施。(2)通过对多个工程工况分析,应用断裂力学原理,研究了岩溶构造防突岩层处于压剪、拉剪应力状态下,其裂隙方向、裂隙长度、围压及水压力对岩体强度的影响;将岩溶构造防突岩层简化为平面应变固支梁,推导了了简化模型的应力状态公式;岩溶构造防突岩层的裂隙可能处于拉剪、或压剪应力状态,根据裂隙应力状态及裂隙断裂判定方法,可得到防突岩层裂隙断裂的临界厚度。(3)提出了“防突岩层”的概念,并分析了岩溶构造防突岩层失稳突水机理,及参数变化对岩溶构造防突岩层失稳突水的影响;分析了水压、岩溶充填体重力及岩溶构造防突岩层重力作用下的岩溶构造防突岩层失稳突水的安全厚度。(4)分析了岩溶隧道突水灾害发生的后果;由于钻孔等地质预报手段存在误差和局部性,将岩溶构造防突岩层分为若干承载梁板力学模型,运用可靠度理论研究了岩溶构造防突岩层破坏的突水风险;通过比较交通、大坝等灾害风险标准,建立了岩溶隧道突水灾害的风险标准;利用VISUAL BASIC 6.0编制了数据管理系统,可以对灾害的数据信息资料进行收集、管理,并对突水灾害风险进行评定。(5)对普通硅酸盐水泥添加纳米灌注剂进行了不同水灰比的浆液流动性试验,并和普通硅酸盐水泥的浆液流动性进行了比较,给出了添加纳米灌注剂的普通硅酸盐水泥水灰比建议值;基于相同流动性,将普通硅酸盐水泥和添加纳米灌注剂的普通硅酸盐水泥的浆液析水收缩性进行了比较研究;添加不同纳米灌注剂掺量进行了试验,给出了普通硅酸盐水泥浆液的纳米灌注剂参量建议。采用充填砂模拟了浆液在砂体中的渗透扩散;分别用铁板、玻璃板模拟裂隙,进行了浆液在裂隙中的注浆效果研究。(6)针对岩溶隧道大裂隙涌水及钻孔涌水的注浆封堵,进行了添加纳米灌注剂的水泥水玻璃双液浆凝胶试验,测试了不同水泥水玻璃体积比的浆液凝胶时间;对水泥水玻璃体积比1:1的浆液,测试了不同波美度的浆液凝胶时间,并分析了该双液浆凝胶时间变化随波美度变化关系。(7)基于浆液粘度时变特性,建立了粘时变体浆液在充填砂体、裂隙中的扩散模型;分析了浆液扩散范围与充填砂体的渗透系数、岩溶构造防突岩层裂隙宽度、注浆压力、注浆钻孔孔径及凝胶时间的关系;依据粘时变流体模型,可以进行岩溶构造防突岩层、溶腔充填体注浆的合理选材、合理注浆压力、钻孔孔径和浆液扩散范围控制,防止跑浆、串浆。(8)根据岩溶隧道突水灾害发生机理及突水风险,对排水降压、注浆封堵相结合的岩溶隧道涌突水灾害防治方法进行了研究,结合工程实例进行了分析。将粘时变浆液扩散理论应用在大支坪隧道“990”溶腔异常体注浆,串浆、跑浆、注浆压力不上升等问题得到了较好的解决。
孙大奎[9]2017年在《地下室外墙后浇带防水施工技术的研究》文中指出城市人口高密度化减少了人均地上使用空间,拥堵的交通系统又使得这种情况加剧。地下空间为人类提供了广阔的前景,不仅可以减轻地上交通压力30%～40%,还能提供更多的额外空间。目前,国内外对地下空间的开发和利用主要表现在地下交通运输系统、地下城市综合体和地下管网系统等方面。虽然地下空间前景可观,但其建造技术比地上建筑复杂,成本也较高,特别是地下室容易出现渗漏的现象,而地下建筑堵漏技术是防水界一直研讨的课题。虽然防水施工技术不断发展,已经从刚性防水,柔性防水发展到当前的刚柔并济防水,地下工程验收通过率也逐渐提高,但地下室渗漏水率也在不断提高,渗漏水很难根治,这种现象被称为"地下癌症"。地下建筑渗漏水主要有两个表象,即渗水和漏水。本文以已存在湿渍面上有无线流定义了渗水和漏水,分析了地下建筑水平施工缝、墙体表面不规则裂缝、穿墙管道和外墙后浇带等部位的渗漏原因和当前的治理措施。其中,前叁项为渗水部位,治理相对简单;而外墙后浇带一侧处出现了长为12cm、宽为0.33mm的裂缝,根据表象定义为漏水部位,说明原防水施工方案失效,研究治理后浇带漏水的施工技术是本文的出发点。借鉴混凝土断裂力学中的张开型裂缝计算原理和通过ANSYS有限元数值模拟,本文分别计算出最大裂缝宽度和应力强度因子,再将两者的理论计算数据与ANSYS计算结果进行对比分析,来达到突出数值模拟的简捷。通过数值模拟云图,从二维平面和叁维空间分析裂缝尖端、裂缝周边的应力应变变化,找出了裂缝产生的具体原因,从而制订了行之有效的防水施工技术方案,即本文提出的原始方案,将此原始方案应用于工程中,取得了较好的防水效果。在实践过程中,通过对原始方案进一步优化,从改善裂缝受力的方式出发,提出了适用于地下一层混凝土浇筑前的外墙后浇带防水的第一优化方案,此方案在工程应用中取得了良好的效果。但第一优化方案并没有考虑延长深水路径降低水流势能,于是,在此基础上提出了第二优化方案,此方案具有较强的灵活性,不同地区采用不同种类、级别的防水材料在达到防水效果的同时,也可减少成本。第一优化方案适用于地下水丰富和地下一层、一层的外墙后浇带防水中,经实践检验,其防水效果甚好。以上叁种方案的防水效果皆能达到我国防水施工规范的要求,这是本文的研究成果,也是本文的结论。另外,在以上叁种方案的实际应用和推广中,又提出了拱形方案的设想,即把外墙后浇带处部分墙体起拱,充分利用混凝土抗压强度使得新旧结合面处具有互融性质的防水材料粘结得更加紧密。
马建, 孙守增, 芮海田, 王磊, 马勇[10]2018年在《中国筑路机械学术研究综述·2018》文中研究指明为了促进中国筑路机械学科的发展,从土石方机械、压实机械、路面机械、桥梁机械、隧道机械及养护机械6个方面,系统梳理了国内外筑路机械领域的学术研究进展、热点前沿、存在问题、具体对策及发展前景。土石方机械方面综述了推土机、挖掘机、装载机、平地机技术等;压实机械方面综述了静压、轮胎、圆周振动、垂直振动、振荡压路机、冲击压路机、智能压实技术及设备等;路面机械方面综述了沥青混凝土搅拌设备、沥青混凝土摊铺机、水泥混凝土搅拌设备、水泥混凝土摊铺设备、稳定土拌和设备等;桥梁机械方面综述了架桥机、移动模架造桥机等;隧道机械方面综述了喷锚机械、盾构机等;养护机械方面综述了清扫设备、除冰融雪设备、检测设备、铣刨机、再生设备、封层车、水泥路面修补设备、喷锚机械等。该综述可为筑路机械学科的学术研究提供新的视角和基础资料。
参考文献：
[1]. 复合地基后注浆土体的断裂力学机制及模型研究[D]. 黄泽安. 中南大学. 2003
[2]. 袖阀管劈裂注浆加固黄土地基试验及工程应用研究[D]. 陈志超. 兰州理工大学. 2018
[3]. 海底隧道风化槽复合注浆堵水关键技术研究[D]. 孙锋. 北京交通大学. 2010
[4]. 全风化花岗岩富水地层注浆加固机理及应用[D]. 王凯. 山东大学. 2017
[5]. 桩端后注浆浆液扩散机理及残余应力研究[D]. 邹健. 浙江大学. 2010
[6]. 裂隙煤岩体注浆加固渗流机理及其应用研究[D]. 苏培莉. 西安科技大学. 2010
[7]. 增强有限元法及其在岩土工程非连续变形分析中的应用[D]. 卜令方. 浙江大学. 2014
[8]. 岩溶隧道突水灾害与防治研究[D]. 王遇国. 中国铁道科学研究院. 2010
[9]. 地下室外墙后浇带防水施工技术的研究[D]. 孙大奎. 昆明理工大学. 2017
[10]. 中国筑路机械学术研究综述·2018[J]. 马建, 孙守增, 芮海田, 王磊, 马勇. 中国公路学报. 2018